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深入浅出Java中的clone克隆方法，写得太棒了！

2020年04月23日 | 移动技术网IT编程 | 我要评论

欲涩雨,粉红女王,章子怡沙滩门

作者：张纪刚
blog.csdn.net/zhangjg_blog/article/details/18369201/
2019-03-24 10:33:04

java中对象的创建

clone 顾名思义就是复制，在java语言中， clone方法被对象调用，所以会复制对象。所谓的复制对象，首先要分配一个和源对象同样大小的空间，在这个空间中创建一个新的对象。

我们回顾一下：在java语言中，有几种方式可以创建对象呢？

使用new操作符创建一个对象
使用clone方法复制一个对象

那么这两种方式有什么相同和不同呢？

new操作符的本意是分配内存。程序执行到new操作符时，首先去看new操作符后面的类型，因为知道了类型，才能知道要分配多大的内存空间。分配完内存之后，再调用构造函数，填充对象的各个域，这一步叫做对象的初始化，构造方法返回后，一个对象创建完毕，可以把他的引用（地址）发布到外部，在外部就可以使用这个引用操纵这个对象。

而clone在第一步是和new相似的，都是分配内存，调用clone方法时，分配的内存和源对象（即调用clone方法的对象）相同，然后再使用原对象中对应的各个域，填充新对象的域，填充完成之后，clone方法返回，一个新的相同的对象被创建，同样可以把这个新对象的引用发布到外部。

复制对象 or 复制引用

在java中，以下类似的代码非常常见：

person p = new person(23, "zhang");
person p1 = p;
system.out.println(p);
system.out.println(p1);

打印结果：

com.pansoft.zhangjg.testclone.person@2f9ee1accom.pansoft.zhangjg.testclone.person@2f9ee1ac

可以看出，打印的地址值是相同的，既然地址都是相同的，那么肯定是同一个对象。p和p1只是引用而已，他们都指向了一个相同的对象person(23, "zhang") 。可以把这种现象叫做 引用的复制 。

上面代码执行完成之后，内存中的情景如下图所示：

而下面的代码是真真正正的克隆了一个对象：

person p = new person(23, "zhang");
person p1 = (person) p.clone();
system.out.println(p);
system.out.println(p1);

打印结果:

com.pansoft.zhangjg.testclone.person@2f9ee1accom.pansoft.zhangjg.testclone.person@67f1fba0

以上代码执行完成后，内存中的情景如下图所示：

深拷贝 or 浅拷贝

上面的示例代码中，person中有两个成员变量，分别是name和age， name是string类型， age是int类型。代码非常简单，如下所示：

public  class  person  implements  cloneable
{
    private  int  age ;
    private  string  name;
    public  person(int  age,  string  name)
    {
        this.age  =  age;
        this.name  =  name;
    }
    public  person()
    {}
    public  int  getage()
    {
        return  age;
    }
    public  string  getname()
    {
        return  name;
    }      @
    override       protected  object  clone()  throws  clonenotsupportedexception
    {
        return (person) super.clone();
    }
}

由于age是基本数据类型，那么对它的拷贝没有什么疑议，直接将一个4字节的整数值拷贝过来就行。但是name是string类型的，它只是一个引用，指向一个真正的string对象，那么对它的拷贝有两种方式：

①直接将源对象中的name的引用值拷贝给新对象的name字段；

②根据原person对象中的name指向的字符串对象创建一个新的相同的字符串对象，将这个新字符串对象的引用赋给新拷贝的person对象的name字段。

这两种拷贝方式分别叫做 浅拷贝 和 深拷贝 。

深拷贝和浅拷贝的原理如下图所示：

下面通过代码进行验证。推荐阅读：

如果两个person对象的name的地址值相同，说明两个对象的name都指向同一个string对象，也就是浅拷贝，而如果两个对象的name的地址值不同，那么就说明指向不同的string对象，也就是在拷贝person对象的时候，同时拷贝了name引用的string对象，也就是深拷贝。验证代码如下：

person  p  =  new  person(23,  "zhang");
person  p1  =   (person)  p.clone();
string  result  =  p.getname()  ==  p1.getname()            ?  "clone是浅拷贝的"  :  "clone是深拷贝的";
system.out.println(result);

打印结果:

clone是浅拷贝的

所以，clone方法执行的是浅拷贝，在编写程序时要注意这个细节。

如果想要实现深拷贝，可以通过覆盖object中的clone方法的方式。

现在为了要在clone对象时进行深拷贝，那么就要clonable接口，覆盖并实现clone方法，除了调用父类中的clone方法得到新的对象，还要将该类中的引用变量也clone出来。如果只是用object中默认的clone方法，是浅拷贝的，再次以下面的代码验证：

static  class  body  implements  cloneable
{
    public  head  head;
    public  body()
    {}
    public  body(head  head)
    {
        this.head  =  head;
    }      @
    override       protected  object  clone()  throws  clonenotsupportedexception
    {
        return  super.clone();
    }
}
static  class  head  implements  cloneable
{
    public   face  face;
    public  head()
    {}
    public  head(face  face)
    {
        this.face  =  face;
    }
}
public  static  void  main(string\[\]  args)  throws  clonenotsupportedexception
{
    body  body  =  new  body(new  head());
    body  body1  =   (body)  body.clone();
    system.out.println("body == body1 : "  +  (body  ==  body1) );
    system.out.println("body.head == body1.head : "  +   (body.head  ==  body1.head));
}

在以上代码中，有两个主要的类，分别为body和face，在body类中，组合了一个face对象。当对body对象进行clone时，它组合的face对象只进行浅拷贝。打印结果可以验证该结论：

body == body1 : falsebody.head == body1.head : true

如果要使body对象在clone时进行深拷贝，那么就要在body的clone方法中，将源对象引用的head对象也clone一份。

static  class  body  implements  cloneable
{
    public  head  head;
    public  body()
    {}
    public  body(head  head)
    {
        this.head  =  head;
    }      @
    override       protected  object  clone()  throws  clonenotsupportedexception
    {
        body  newbody  =    (body)  super.clone();
        newbody.head  =   (head)  head.clone();
        return  newbody;
    }
}
static  class  head  implements  cloneable
{
    public   face  face;
    public  head()
    {}
    public  head(face  face)
    {
        this.face  =  face;
    }      @
    override       protected  object  clone()  throws  clonenotsupportedexception
    {
        return  super.clone();
    }
}
public  static  void  main(string\[\]  args)  throws  clonenotsupportedexception
{
    body  body  =  new  body(new  head());
    body  body1  =   (body)  body.clone();
    system.out.println("body == body1 : "  +  (body  ==  body1) );
    system.out.println("body.head == body1.head : "  +   (body.head  ==  body1.head));
}

打印结果:

body == body1 : falsebody.head == body1.head : false

由此可见， body和body1内的head引用指向了不同的head对象，也就是说在clone body对象的同时，也拷贝了它所引用的head对象，进行了深拷贝。

真的是深拷贝吗

通过上面的讲解我们已经知道：如果想要深拷贝一个对象，这个对象必须要实现cloneable接口，实现clone方法，并且在clone方法内部，把该对象引用的其他对象也要clone一份，这就要求这个被引用的对象必须也要实现cloneable接口并且实现clone方法。

那么，按照上面的结论， body类组合了head类，而head类组合了face类，要想深拷贝body类，必须在body类的clone方法中将head类也要拷贝一份，但是在拷贝head类时，默认执行的是浅拷贝，也就是说head中组合的face对象并不会被拷贝。

验证代码如下：（这里本来只给出face类的代码就可以了，但是为了阅读起来具有连贯性，避免丢失上下文信息，还是给出整个程序，整个程序也非常简短）

static  class  body  implements  cloneable
{
    public  head  head;
    public  body()
    {}
    public  body(head  head)
    {
        this.head  =  head;
    }      @
    override       protected  object  clone()  throws  clonenotsupportedexception
    {
        body  newbody  =    (body)  super.clone();
        newbody.head  =   (head)  head.clone();
        return  newbody;
    }
}
static  class  head  implements  cloneable
{
    public   face  face;
    public  head()
    {}
    public  head(face  face)
    {
        this.face  =  face;
    }      @
    override       protected  object  clone()  throws  clonenotsupportedexception
    {
        return  super.clone();
    }
}
static  class  face
{

}

public  static  void  main(string\[\]  args)  throws  clonenotsupportedexception
{
    body  body  =  new  body(new  head(new  face()));
    body  body1  =   (body)  body.clone();
    system.out.println("body == body1 : "  +  (body  ==  body1) );
    system.out.println("body.head == body1.head : "  +   (body.head  ==  body1.head));
    system.out.println("body.head.face == body1.head.face : "  +   (body.head.face  ==  body1.head.face));
}

打印结果:

body == body1 : falsebody.head == body1.head : falsebody.head.face == body1.head.face : true

内存结构图如下图所示：

那么，对body对象来说，算是这算是深拷贝吗？其实应该算是深拷贝，因为对body对象内所引用的其他对象（目前只有head）都进行了拷贝，也就是说两个独立的body对象内的head引用已经指向了独立的两个head对象。

但是，这对于两个head对象来说，他们指向了同一个face对象，这就说明，两个body对象还是有一定的联系，并没有完全的独立。这应该说是一种 不彻底的深拷贝 。

如何进行彻底的深拷贝

对于上面的例子来说，怎样才能保证两个body对象完全独立呢？只要在拷贝head对象的时候，也将face对象拷贝一份就可以了。这需要让face类也实现cloneable接口，实现clone方法，并且在在head对象的clone方法中，拷贝它所引用的face对象。修改的部分代码如下：

static class head implements cloneable{
	public  face face;

	public head() {}
	public head(face face){this.face = face;}
	@override
	protected object clone() throws clonenotsupportedexception {
		//return super.clone();
		head newhead = (head) super.clone();
		newhead.face = (face) this.face.clone();
		return newhead;
	}
}

static class face implements cloneable{
	@override
	protected object clone() throws clonenotsupportedexception {
		return super.clone();
	}
}

再次运行上面的示例，得到的运行结果如下：

body == body1 : falsebody.head == body1.head : falsebody.head.face == body1.head.face : false

这说名两个body已经完全独立了，他们间接引用的face对象已经被拷贝，也就是引用了独立的face对象。内存结构图如下：

依此类推，如果face对象还引用了其他的对象，比如说mouth，如果不经过处理，body对象拷贝之后还是会通过一级一级的引用，引用到同一个mouth对象。同理，如果要让body在引用链上完全独立，只能显式的让mouth对象也被拷贝。

到此，可以得到如下结论：如果在拷贝一个对象时，要想让这个拷贝的对象和源对象完全彼此独立，那么在引用链上的每一级对象都要被显式的拷贝。所以创建彻底的深拷贝是非常麻烦的，尤其是在引用关系非常复杂的情况下，或者在引用链的某一级上引用了一个第三方的对象，而这个对象没有实现clone方法，那么在它之后的所有引用的对象都是被共享的。

举例来说，如果被head引用的face类是第三方库中的类，并且没有实现cloneable接口，那么在face之后的所有对象都会被拷贝前后的两个body对象共同引用。假设face对象内部组合了mouth对象，并且mouth对象内部组合了tooth对象，内存结构如下图：

写在最后

clone在平时项目的开发中可能用的不是很频繁，但是区分深拷贝和浅拷贝会让我们对java内存结构和运行方式有更深的了解。至于彻底深拷贝，几乎是不可能实现的，原因已经在上一节中进行了说明。

深拷贝和彻底深拷贝，在创建不可变对象时，可能对程序有着微妙的影响，可能会决定我们创建的不可变对象是不是真的不可变。clone的一个重要的应用也是用于不可变对象的创建。关于创建不可变对象，我会在后续的文章中进行阐述，敬请期待。

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